Metod för känslighetsanalys

För att genomföra känslighetsanalysen studeras varje parameter var för sig genom att ansätta en konstant mellan 0-1, dvs. 0-100 %, som multipliceras med parametern. Genom att studera förändringen av säkerhetsfaktorn beroende på konstanten kan procentuellt utslag på säkerhetsfaktorn gentemot egen procentuell förändring av parameterna bestämmas. Därefter beräknas hur många procent förändring av parametern som behövs för att nå en förändring av 0.1 i säkerhetsfaktor. Denna procentuella mängd multipliceras sedan med parameterns storlek och ger den storhet som krävs för att uppnå 0.1 enheter förändring på säkerhetsfaktor. Resultaten redovisas i en tabell för varje parameter i respektive delkapitel. För vattentrycket beräknas

ytterligare ett värde, vilket är ökningen i grundvattenhöjd i varje typfall för att åstadkomma en förändring.

I den konceptuella modellen för toppling beaktas inte kohesion, friktionsvinkel eller vattentryck. Denna typslänts faktorer analyseras därför inte i detta kapitel, dock diskuteras möjlig inverkan pga. vattentryck även om det inte finns med i den konceptuella modellen.

8.3 Klimatanalys av kohesion

Eftersom kohesionen beror på sprickytans råhet i form av klackar, kommer kohesionen minska vid utslätning av dessa på grund av vittring. Kohesionen beror även på

partikelfyllnader mellan sprickytor, en ökning av dessa sänker vidhäftningen och ökar ytans benägenhet för att glida.

Vittringsprocesser orsakade av vatten påverkar kohesionen både mekaniskt och kemiskt. Enligt klimatscenarierna kommer den totala nederbörden att öka vilket leder till att den mekaniska vittringen kommer att öka. Den kemiska vittringen beror däremot på exponerad yta och tillgång på flödande vatten vilken även kommer att bli större enligt klimatscenarierna. En ökning av den mekaniska- och den kemiska vittringen leder därmed till en sänkning av kohesionen i framtida klimat.

36 Partiklaransamlingar tillkommer genom vittring samt transport av partiklar via

vattenflöden. En ökad vittring samt låg flödeshastighet bidrar till en ökad mängd ansamlingar. Däremot kan nederbörd spola ut partiklarna. Utspolning sker vid höga nederbördsmängder och då klimatscenarierna bedömer att mängden intensiva regn kommer öka kan således även utspolningarna öka. Därmed är det svårt att dra slutsatser huruvida eller hur urspolningen av sprickfyllnaden kommer att påverka stabiliteten eftersom de är oklart om partikelansamlingarna kommer att öka eller minska. Det geografiska läget är av intresse då ökningen av nederbörd varierar över olika områden enligt klimatscenarierna. Trenden för alla klimatscenarier är att nederbörden ökar över hela landet, men mest i norr. Enligt sambandet mellan nederbörd och vittring dras slutsatsen att kohesionen kommer minska över hela landet med störst minskning regionalt i norr.

8.3.1 Känslighetsanalys av kohesion

Efter att en känslighetsanalys genomförts kan det konstateras att kohesion har en positiv effekt på säkerhetsfaktorn, se tabell 1. En minskning av kohesionen skulle leda till en instabilare slänt. Det kan också konstateras att en procentuell förändring av kohesionen har en stor effekt på säkerhetsfaktorn. Det krävs en förändring på ca 7,6 kN/m2 _{för att}

ändra säkerhetsfaktorn med 0.1. För beräkningar se bilaga 2 och 3.

Tabell 1. Känslighetsanalys av kohesion

Kohesion Förändring av F per

procentskillnad

Värdesändring i kohesion [kN/m2_]

som ger 0.1 skillnad i F Plant glidbrott utan

spänningspricka 0,026 7,645

Plant glidbrott med

spänningspricka 0,026 7,646

Kilbrott utan

spänningspricka 0.026 7,569

8.4 Klimatanalys av friktionsvinkel

Friktionsvinkeln beror på råheten vilken i sin tur beror på vittring samt sprickfyllnad. Klimateffekterna på friktionsvinkeln blir därmed likartade med de för kohesion.

Vittring minskar friktionsvinkeln genom att bryta ner klackarna vilket leder till att ytan blir mindre sträv. Vid brott är klackarna helt nedbrutna och representeras av

basfriktionsvinkeln, vilket inte förändras märkvärt av klimatet. I gengäld kommer däremot friktionsvinkeln innan brott att minska vilket kan leda till att tidigare stabila slänter blir instabila.

Partiklaransamlingar sänker råheten och ökar släntens benägenhet till att glida. Det är svårt att dra några slutsatser av hur fyllningarna kommer påverkas i framtiden, då klimatets påverkan av utspolning samt nyansamlingar ännu är oklara.

37 Eftersom den totala nederbörden ökar över hela Sverige kommer vittringen öka och därmed friktionsvinkeln minska över hela landet, framför allt i norr där nederbörden ökar mest.

8.4.1 Känslighetsanalys av friktionsvinkel

De konceptuella modellerna för strukturstyrda brott använder basfriktionsvinkeln, den minsta möjliga friktionsvinkel, och förutsätter att slänten redan gått i brott. Eftersom de inte tar hänsyn till den maximala initiala friktionsvinkel som uppstår innan brott, se figur 22, kan inte en relevant känslighetsanalys göras. Detta eftersom beräkningar redan studerar värsta fallet. Dock belyser sambandet mellan den totala nederbördsmängden och vittringen, att en ökning av nederbörd medför en ökad vittring att friktionsvinkeln innan brott kommer minska i framtida klimat.

Figur 22. Samband mellan friktionsvinkel och Pattons brottmodell. a) Samband mellan skjuvspänning och förskjutning.

b) Skjuvhållfasthet i en bergspricka (för maximal ϕj och residual ϕr). c) Bilinjära brottkriteriet av Patton

( .

Bartons empiriska modell använder istället en initial friktionsvinkel som tillgodoräknar en viss ökad hållfasthet till följd av klackarnas dilatationsvinkel. Formeln för vinkeln är en funktion av JCS och JRC vilka också påverkas av klimatet på grund av vittring. Som tidigare konstaterats kommer vittringen antas öka i det framtida klimatet vilket kommer minska slänters säkerhetsfaktor. Storleken på denna förändring är dock oviss pga. osäkerheter i effekterna av vittring på dilatationsvinkeln.

8.5 Klimatanalys av vattentryck

Vattentryckets storlek beror på grundvattennivån och vattennivån i sprickorna. Enligt SMHI:s klimatanalys kommer nederbörden att öka under hela året, framförallt under vinter och vår. En ökad medeltemperatur leder till att nederbörden under vintern i större

38 utsträckning sker i form av regn istället för snö (Sundén & Maxe, 2010). Den ökade mängden regn under vintern och saknad av avsmältning av snö på våren leder till att grundvattennivån kommer att nå sitt maxvärde för året tidigare. Tidigare har maxnivån uppnåtts i mars eller april, men i framtiden kommer den förskjutas närmre februari, maxnivån kommer dock vara ungefär lika stor. En artikel som diskuterar storskaliga effekter av klimatförändring på vattenresurser i Sverige och Europa påvisar att

grundvattennivåns högsta nivå kommer att öka eller minska med 10 cm för olika ställen för Sverige (Arheimer, Donnelly, & Strömqvist, 2013). Att den högsta nivån inte ökar mer, utan rentav minskar på vissa håll trots ökad nederbörd, förklaras av en ökad avdunstning till följd av höjd medeltemperatur. Grundvattnets lägsta nivå under året väntas sjunka vilket påvisas i en rapporten från SGU, även detta som följd av ökad avdunstning (Sundén & Maxe, 2010). En tidigare topp har egentligen ingen påverkan på vattentrycket. En lägre minsta nivå och en högre maxnivå kan däremot antas påverka trycket.

Förutom nederbördens inverkan på grundvattennivån påverkas även nivån i sprickor anslutna till grundvattennivån. Enligt SMHI kommer årets största sjudygnsnederbörd att öka (Sveriges Meteorologiska och Hydrologiska Institut, Klimatscenarier, 2015). På grund av tröghet i avrinning i olika spricksystem kan extremfall leda till en tillfällig ökning av vattennivån. Sprickor med goda förutsättningar att fyllas upp med vatten och som inte är anslutna till grundvattennivån kan även antas påverkas av en ökad

sjudygnsnederbörd. Eftersom den totala nederbörden kommer att öka enligt SMHI kan även den lokala grundvattennivån öka.

Utifrån SMHIs klimatanalys ökar årets största sjudygnsnederbörd och mängden nederbörd i allmänhet mest i norr. Det är även tydligt att dessa parametrar ökar med ökad mängd utsläpp av växthusgaser. Nederbördsmängden ökar mest för scenariot RCP 8.5 och minst för RCP 2.6. Andelen ökad nederbördsmängd är även störst i norr.

8.5.1 Känslighetsanalys av vattentryck

Efter genomförd känslighetsanalys kan det konstateras att vattentrycket har en negativ effekt på säkerhetsfaktorn, dvs. en ökning av vattentrycket leder till en mer instabil slänt. Det kan dock konstateras att en procentuell förändring av vattentrycket inte har en stor effekt på säkerhetsfaktorn. Det krävs en förändring på ca 300kN/m för att ändra säkerhetsfaktorn med 0,1 enheter, vilket motsvarar en grundvattenhöjning på ca tre meter. Detta kan anses vara är en stor skillnad eftersom forskning endast påvisar en ökning på 10 cm i framtiden (Arheimer, Donnelly, & Strömqvist, 2013). För beräkningar se bilaga 2 och 3.

Tabell 2. Känslighetsanalys av vattentryck

Vattentryck Förändring av F per

procentskillnad

Värdesändring i vattentryck [kN/m] som

ger 0.1 skillnad i F

Nivåskillnad i Hw[m] som ger 0.1 skillnad i F Plant glidbrott utan

spänningspricka -0,001359 -305,8 3,8

Plant glidbrott med

39

Kilbrott utan

spänningspricka -0,001165 -9170 2,7

Enligt ovanstående klimatanalys kommer den lägsta nivån för grundvattenytan per år att minska vilket leder till att lyftkraften från vattentrycket minskar. Det i sin tur ökar den mothållande kraften och därmed ökar säkerhetsfaktorn enligt de konceptuella

modellerna för strukturstyrda brott. Den högsta grundvattennivån för året ökar eller minskar beroende på geografiskt läge, vilket gör att ingen generell slutsats kan dras om säkerhetsfaktorn för hela landet. I olika delar av landet kommer därför säkerhetsfaktorn öka och i andra delar att minska till följd av förändringen av grundvattennivån.

Klimatanalysen påvisar att årets största sjudygnsnederbörd kommer att öka vilket leder till en tillfällig ökning av vattennivån i sprickor och lokala grundvattennivåer. Båda fallen leder till att den mothållande kraften kommer att minska och därmed kommer även säkerhetsfaktorn att minska för plant glidbrott och kilbrott.

Ökningen av årets största sjudygnsnederbörd kan leda till att sprickorna mellan blocken i brottfallet toppling kan ansamla vatten vilket likt de strukturstyrda brotten borde ge en ökad pådrivande kraft och därmed en minskad säkerhetsfaktor. Dock krävs det att det regnar extremt mycket och under en längre period för att det ska utgöra en märkbar skillnad och det har därför inte tagits med i den konceptuella modellen för toppling (Bucek, 1995).

8.6 Klimatanalys av frostsprängning

Frostsprängningen är den vanligaste faktorn för mekanisk vittring på svenska breddgrader (Andréasson, 2006). Under antagandet att antalet nollgenomgångar är avgörande för frostsprängning i berg kommer frostsprängningen att minska enligt alla tre klimatscenarierna över hela Sverige då antalet nollgenomgångar kommer att minska. Antagandet tar dock inte hänsyn till sprickans yttemperatur utan endast luftens

temperatur. Andra parametrar som vind, isoleringseffekter samt vattenförhållanden tas inte heller med i antagandet. Följaktligen leder det till osäkerheter hur

frostsprängningen kommer att påverkas av ett varmare klimat.

8.6.1 Känslighetsanalys av frostsprängning

Om frostsprängningen minskar i framtiden kommer detta leda till mindre pådrivande krafter på bergslänter. I de konceptuella modellerna ingår inte frostsprängning som en parameter. Dock kan denna tolkas som en pådrivande faktor.

40